正交异性钢桥面板局部振动计算的组合板梁单元法

针对大跨度钢桥中采用梯形加劲肋的正交异性钢桥面板,提出一种计算钢桥面板局部振动的组合板梁单元法.其中顶板用平板壳单元分析,梯形加劲肋视为板梁单元,两者的位移模式根据板与肋的变形协调关系建立.组合板梁单元的刚度矩阵通过能量变分原理得到,利用各子单元的形函数可以求得组合板梁单元的一致质量矩阵与一致荷载列阵,进而得到相应的有...     

扁平钢箱梁U肋加劲板的加载偏心

以一座主跨1 088 m扁平钢箱梁斜拉桥为例,分析了扁平钢箱梁U肋加劲板加载偏心的大小及对U肋加劲板稳定承载力的影响.首先采用包括梁单元和板壳单元的混合建模方法建立全桥有限元模型,在计算加载偏心的梁段采用壳单元,其他部位采用梁单元.根据有限元方法求得U肋加劲板截面的应力分布,利用积分方法计算U肋加劲板的内力和加载偏心,并将加载偏心对承载力的影响等效为初始几何弯曲.研究结果表明,U肋加劲板的加载偏心率约为0.17,最大为0.35,相当于L/250的初始弯曲,该值远大于规范规定的最大几何偏心,因此计算扁平钢箱梁U肋加劲板稳定承载力时需考虑加载偏心的影响.     

桥面构造及铺装层对正交异性钢桥面板力学性能的影响

为研究桥面细部构造和桥面铺装对正交异性钢桥面板力学性能的影响,确定合理的构造,以梯形及矩形截面形状的纵向加劲肋与多种缺口形式的横隔板相组合形成正交异性钢桥面板结构体系,并铺设不同厚度、不同弹性模量的沥青混凝土铺装层,建立相应的有限元实体模型进行加载,分析纵向加劲肋截面形状、横隔板缺口形式及铺装层弹性模量和厚度对正交异性钢桥面板力学性能的影响规律。结果表明:加劲肋上口间距越小,改善桥面板受力性能越明显,其中加劲肋B(梯形加劲肋侧板与底板采用圆弧连接)受力性能较好,且用料少;缺口Ⅰ、缺口Ⅲ的应力集中情况好于缺口Ⅱ,因此应合理选用缺口Ⅰ和缺口Ⅲ,但缺口Ⅲ需要优化;顶板与纵向加劲肋连接处应力高,为力学性能敏感区域;铺装层弹性模量增加,钢桥面板最大主应力减小,铺装层厚度增加,钢桥面板和沥青表面最大主应力均减小,因此铺装层弹性模量与厚度要综合设计,以使钢桥面板受力性能最优。     

正交异性钢箱梁桥面第二体系结构优化设计

在力学分析的基础上,建立了正交异性钢箱梁桥面铺装体系的力学模型,通过有限元计算,研究了正交异性钢桥面板铺装体系的力学特性。从铺装层厚度、材料、横隔板间距、钢板厚度以及梯形加劲肋刚度等方面,探讨了在弯沉值、应力、应变等约束条件下正交异性钢箱梁桥面第二体系的优化设计方法,给出了正交异性钢桥板各个参数的合理数值界限,将本文的结果与已建成的同类型桥相比较可知,本文的设计结果合理,可作为大跨径钢箱梁桥面板的依据。     

计入加劲肋的圆孔蜂窝组合梁强度简化计算

为了简便计算带加劲肋的圆孔蜂窝组合梁的强度,应用空腹桁架理论,推导了计入加劲肋影响的圆孔蜂窝钢 - 混凝土组合梁强度简化计算公式.通过算例与ANSYS进行验证,结果表明本文的分析方法是正确的,并建议对剪力分布大的梁段混凝土板内配置受拉钢筋.将计算结果与没有加劲肋的算例梁计算结果进行比较,结果表明,加劲肋可以通过增加计算截面面积来提高蜂窝组合梁承载力.     

桥面铺装对中小跨径桥自振频率的影响分析

为了对桥梁结构计算中是否需要考虑桥面铺装质量对桥梁结构自振频率的影响进行分析,以曲线连续梁桥为对象,采用空间梁单元建立动力分析模型,通过模型桥的实测与计算结果对比分析,验证了空间梁单元模型是可行可靠的。基于现场曲线桥,对实桥进行自振频率实测,与此同时,分别建立4种有限元模型来讨论桥面铺装、护栏质量和尺寸对自振频率值的影响,通过现场实测与4种模型计算的自振频率值得比对分析,表明：模拟考虑的越精确,计算结果与实测结果越接近,但计算工作量大;以精确模拟计算结果为参照,裸梁的计算更接近。针对新建桥,不考虑铺装质量的结果更加合理,在设计计算中往往考虑桥面铺装的质量,却不考虑其对截面几何特性的影响是偏不利的。     

桥面铺装对中小跨径桥自振频率的影响

为了对桥梁结构计算中是否需要考虑桥面铺装质量对桥梁结构自振频率的影响进行分析,以曲线连续梁桥为对象,采用空间梁单元建立动力分析模型,通过模型桥的实测与计算结果对比分析,验证了空间梁单元模型是可行可靠的。基于现场曲线桥,对实桥进行自振频率实测;与此同时,分别建立4种有限元模型来讨论桥面铺装、护栏质量和尺寸对自振频率值的影响。通过现场实测与4种模型计算的自振频率值得比对分析,表明:模拟考虑的越精确,计算结果与实测结果越接近;但计算工作量大。以精确模拟计算结果为参照,裸梁的计算更接近。针对新建桥,不考虑铺装质量的结果更加合理。在设计计算中往往考虑桥面铺装的质量,却不考虑其对截面几何特性的影响是偏不利的。     

改进梁格法在既有双幅简支T梁结构分析中的应用

传统的梁格法难以考虑左右幅简支T梁桥因桥面铺装横向连续作用下的荷载传递问题。从桥面铺装的横向荷载传递机理出发,研究了荷载沿桥面铺装的横向传递过程,提出了一种改进的梁格法。在传统的空间梁格模型中加入板单元来模拟桥面铺装,通过梁单元与板单元节点间合理的约束耦合来模拟荷载横向传递。通过对某一既有双幅简支T梁桥进行实桥建模受力分析和静载试验,并对理论值和实测值进行对比分析,得出了与实际情况较为符合的结论、验证了改进梁格法的正确性,可为同类型桥梁分析提供参考。     

浅谈梁板式桥水泥砼铺装裂缝原因及处治方法

本文对梁板武桥水泥砼桥面铺装裂缝原因进行分析,提出了桥面铺装裂缝的处治方法、施工工艺,保证了桥面铺装混凝土施工的质量.     

一种带肋的曲线板单元

将桥面板与梁肋整体视为一个单元,采用位移和转角各自独立插值的Mindlin板单元和8节点Serendipity单元的位移模式,构造了一种用于考虑几何非线性的带肋曲线板单元．在此模型中,考虑了梁肋的作用,但梁肋不必放在板单元的节点连线上,克服了以往带肋曲板板肋各自独立划分单元时其结点连接位移不协调的问题．算例表明,本文方法计算结果可靠、自由度较少,适用于大跨度曲线梁桥的非线性空间结构计算分析．     

钢桥面复合铺装结构的大比例模型试验

在钢桥面板与沥青铺装层之间设置轻质混凝土层,组成了一种新型钢桥面复合铺装体系。为研究这种新型铺装体系的力学特性,制备了大比例模型试件,实测了不同车位下钢桥面及铺装结构的力学响应。结果表明：钢桥面板最大横向拉应力为90MPa,而设置加劲肋后最大拉应力降至为43MPa,即设置加劲肋有利于改善钢桥面板的受力。浇筑轻质混凝土铺装层后,钢桥面板顶板和加劲肋底板的应力峰值、位移都降低,最大应力降幅达48%,最大位移降幅达18%,而且钢桥面板中的应力分布也更加均匀。作为铺装结构,轻质混凝土铺装层也与桥面板共同参与结构受力,使得桥面铺装体系的结构刚度得到提高。     

计入局部刚度和稳定约束的钢桥面板优化设计

采用有限元法和优化技术相结合的方法同时解决钢桥面板的局部受力问题与局部稳定问题,其中钢桥面板的结构分析采用等效格子梁法,编制了分析程序;钢桥面板的局部稳定计算采用日本规范.以计入结构材料重量和焊缝体积的结构造价为目标函数,建立了考虑局部受力和稳定容许应力约束的钢桥面加劲板优化分析模型.利用ANSYS软件的优化分析功能,采用可行方向法进行优化迭代分析,并将该方法应用到某钢箱梁的优化分析中.优化结果表明:适当增加横隔板间距、加大顶板和U肋厚度能更有效地满足结构受力和局部稳定要求.优化结果可作为钢箱梁设计的参考.     

桥面铺装有限元模型分析对比

桥面铺装作为桥梁行车体系的重要组成部分,它的受力是比较复杂的。很多学者借助有限元分析其受力,多采用三维六面体实体单元和平面壳单元。本文借助ANSYS有限元分析软件,分别采用20节点的三维六面体单元和八节点的多层壳单元模拟桥面铺装．分析其受力,探讨桥面铺装的有限元计算模型。     

梁柱外伸端板连接弯矩——转角性能有限元分析

为提供用于半刚性连接结构分析与设计所需连接弯矩—转角关系,应用有限单元法对梁柱外伸端板连接抗弯性能进行了分析.首先,应用大型通用有限元软件ANSYS建立了连接的三维实体有限元模型.模型考虑了材料非线性、几何非线性、接触非线性和螺栓预拉等因素的影响.需指出的是,连接螺栓应用由精确模拟螺纹尺寸的有限元分析校准的模型来模拟.利用已有试验结果验证了模型的正确性.然后,利用上述模型对端板外伸部分设置三角形加劲肋和未设置加劲肋的连接抗弯性能进行分析,讨论了端板厚度、柱翼缘厚度、螺栓直径、螺栓到梁翼缘与腹板的距离、梁截面高度、材料屈服强度等参数对连接弯矩—转角性能的影响.最后,根据分析结果提出了两种构造端板连接的弯矩—转角关系计算公式,通过与试验和有限元分析结果的比较,验证了该公式的有效性和准确性.     

桥面铺装设计理论的研究

通过结构的线弹性理论，考虑桥面铺装层本身的功能要求，对混凝土桥水泥混凝土桥面铺装层的受力进行了简化，并根据实际状况提出了若干假定。在此基础上，提出了以梁板体的最大弯矩为基础，以桥面铺装开裂和剥离为控制指标的水泥混凝土桥面铺装的计算方法，并给出了算例及适用条件。     

润扬大桥南汊悬索桥桥面铺装在竖向荷载静力作用下的力学分析

介绍了一种整体局部模型的分析方法对钢桥面铺装进行力学研究,即分别建立整桥、局部梁段、正交异性板桥面铺装的三维有限元模型,通过边界条件的设置,将整桥力学分析的结果移植到正交异性板桥面铺装模型中.研究结果表明,考虑悬索桥桥型特点计算的铺装层最大纵向拉应力比以往局部模型的计算结果大12.6%左右,这是由于悬索桥主梁和桥面铺装活载挠度大于一般连续梁桥的结构特点所致.桥面铺装力学分析方法能较为准确地反映桥面铺装在整桥力学环境下的受力特点.     

圆孔蜂窝钢梁补强分析

提出了两种蜂窝梁的补强方法--端部实腹蜂窝梁和孔边设置横向加劲肋.利用ANSYS程序分析补强前后的圆孔蜂窝钢梁,得出端部实腹梁的受力性能优于设置横向加劲肋的梁的结论.     

大跨度预应力加劲式组合梁楼盖动力响应研究

大跨度预应力加劲式组合梁楼盖体系是在组合梁和预应力结构理论研究基础上提出的新型楼盖体系。针对该楼盖结构,考虑楼盖板厚度、肋梁高度、预应力筋布置位置(即偏心距)等参数的影响,利用有限元软件ANSYS采用Block Lanczo法计算其各阶频率和振型。分析结果显示,肋梁高度和偏心距与基频之间近似呈线性关系,板厚度与基频之间近似呈抛物线形关系;肋梁高度对于楼盖基频的影响大于板厚和偏心距。分析结论对工程设计可提供参考。     

UHPC华夫桥面单向板的荷载有效分布宽度及抗弯承载力计算方法

为了研究UHPC华夫桥面单向板的荷载有效分布宽度及其抗弯承载力的计算方法,采用ANSYS软件建立了41组华夫板有限元模型.通过数值分析研究了华夫桥面单向板横向跨径、纵横肋尺寸与布置、荷载作用面积及支承条件对其弹性和塑性阶段荷载有效分布宽度的影响.考虑横向跨径和横肋间距,拟合了华夫桥面单向板荷载有效分布宽度的计算公式.基于平截面假定,推导出华夫桥面单向板抗弯承载力计算的有效分布宽度法.研究结果表明,固支华夫桥面单向板的荷载有效分布宽度较简支板小30％ ～ 50％.当华夫桥面板横向跨径L、肋宽br、纵肋间距S1、横肋间距St及车轮荷载面积a1b1满足以1＜S1-br,b1 ＜St-br,St≤0.6L时,建议使用所提公式来计算荷载有效分布宽度,且计算结果与试验结果吻合良好.     

某简支钢箱梁病害计算分析

某园区主干道桥梁一跨20m跨越现状景观河道,设计右偏角55度,分幅整体钢箱梁.通车不到4年时间内,桥面沥青混凝土更换三次,桥梁检测评定为D级.受建设单位委托,我院调阅该桥竣工图,进行计算分析,计算方法选取平面杆系法和板壳单元法.根据计算结果,本桥按照平面杆系计算,刚度、强度等各项指标均满足规范要求;按照板壳单元法计算,顶板加劲肋应力普遍超标、横隔板应力超标.计算结果显示应力超标部分与实际检测病害位置一致.通过本实际工程案例分析,希望引起桥梁设计者对钢箱梁构造足够的重视,避免出现类似问题.